由于陶瓷軸承有著很好的耐磨性能、耐腐蝕性能和熱穩(wěn)定性，因此可以在許多技術(shù)要求很高的應(yīng)用中使用，包括某些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用場(chǎng)合，盡管其價(jià)格不菲。未來(lái)隨著陶瓷軸承無(wú)潤(rùn)滑摩擦接觸技術(shù)的優(yōu)化將進(jìn)一步減少普通軸承的訂單。
一般來(lái)講，陶瓷材料的耐磨性、耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性、高剛性和高絕緣性能都非常好，而這些也恰恰是滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承應(yīng)該具備的優(yōu)點(diǎn)。與金屬材料軸承相比，雖然陶瓷軸承價(jià)格較高，但是如氮化硅、碳化硅和氧化鋁這樣的工程陶瓷在很久以前就已經(jīng)開始用于軸承生產(chǎn)了。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，出于成本費(fèi)用的考慮，工程陶瓷材料制作的軸承僅僅在必須發(fā)揮陶瓷材料優(yōu)點(diǎn)的場(chǎng)合得以使用，而沒有受到高價(jià)格的影響。
陶瓷材料的滾動(dòng)軸承有全陶瓷材料滾動(dòng)軸承和混合材料滾動(dòng)軸承之分（圖1）。混合材料滾動(dòng)軸承的內(nèi)外圈滾道是鋼材，滾動(dòng)體是陶瓷材料。最初，人們很難相信如此脆弱的陶瓷材料能夠在很高的機(jī)械載荷部件中正常工作。究其原因：工作中，雖然滾動(dòng)軸承需承受很高的接觸負(fù)載，但作用到陶瓷中的拉應(yīng)力卻很小，而陶瓷材料的抗壓能力是非常強(qiáng)悍的。
圖1 陶瓷軸承主要分為全陶瓷軸承和混合材料軸承，混合材料的陶瓷軸承中只有滾動(dòng)體是用陶瓷制造的
另外，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的現(xiàn)代化陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度更高，即便工作溫度高達(dá)800℃時(shí)也不會(huì)下降。而恰恰在高溫度的工作環(huán)境中，當(dāng)有耐腐蝕性要求，或者潤(rùn)滑性能消失接近失油干運(yùn)行時(shí)，全陶瓷材料的滾動(dòng)軸承就成為幾乎不可替代的產(chǎn)品；因?yàn)槠渌牧显谶@樣的工作環(huán)境中都不能滿足需求。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，混合材料滾動(dòng)軸承的應(yīng)用也越來(lái)越多，尤其是生產(chǎn)高剛性和長(zhǎng)使用壽命的設(shè)備時(shí)，如生產(chǎn)特殊需求的絲杠時(shí)。混合材料滾動(dòng)軸承的使用壽命是傳統(tǒng)鋼材滾動(dòng)軸承的幾倍，即使陶瓷軸承的價(jià)格與其使用壽命成正比，也是非常值得的，因?yàn)檠娱L(zhǎng)了的維護(hù)保養(yǎng)周期，為企業(yè)贏得了更多寶貴的生產(chǎn)時(shí)間。
陶瓷材料的滑動(dòng)軸承和滑動(dòng)密封件主要應(yīng)用于液體介質(zhì)潤(rùn)滑系統(tǒng)，即只能用特定流量的潤(rùn)滑介質(zhì)進(jìn)行潤(rùn)滑的場(chǎng)合（圖2）。在化工行業(yè)中常常用到的泵就是一個(gè)典型實(shí)例。今天，化工行業(yè)用泵的軸承材料已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，為氧化鋁、氧化鋯或者碳化硅。對(duì)于這些材料來(lái)講水基潤(rùn)滑劑就可以很好的起到潤(rùn)滑作用。
圖2 陶瓷材料的滑動(dòng)軸承和滑動(dòng)密封件主要應(yīng)用于液體介質(zhì)潤(rùn)滑系統(tǒng)：即只能用特定流量的潤(rùn)滑介質(zhì)進(jìn)行潤(rùn)滑的場(chǎng)合
若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，摩擦系數(shù)可以再降低0.1，甚至更低；所受到的腐蝕和磨損也很小。因此通常情況下陶瓷軸承的使用壽命更長(zhǎng)。
由于陶瓷本身具有多方面應(yīng)用的特殊優(yōu)點(diǎn)，所以其成為眾多應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)材料。對(duì)于陶瓷材料的進(jìn)一步研究和開發(fā)也變得極為重要。
從摩擦學(xué)角度出發(fā)，一些技術(shù)上的疑題必須解開。例如，陶瓷軸承具有一個(gè)非常突出的特點(diǎn)：在一般的無(wú)潤(rùn)滑情況下陶瓷材料與其他金屬材料或者非金屬材料的摩擦接觸雖然不會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的磨損但摩擦系數(shù)卻相當(dāng)高。造成這一現(xiàn)象的原因是什么呢？這就要依靠技術(shù)研究給出答案了。
結(jié)晶金剛石鍍膜降低摩擦
進(jìn)一步減少摩擦的一種可行方法是在陶瓷表面或者在接觸副的表面鍍覆一層降低摩擦的鍍膜。為此，專門開發(fā)了一種鍍覆技術(shù)：能夠?qū)㈩愃平饎偸奶纪繉踊蛘呓Y(jié)晶金剛石涂層鍍覆到陶瓷表面，從而使陶瓷軸承能夠在失油干運(yùn)行狀況下正常工作。
在混合材料軸承中，利用鍍覆技術(shù)改善軸承的摩擦性能是非常有益的。它能進(jìn)一步改進(jìn)并提高混合材料軸承的摩擦性能、運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命。但使用這種鍍覆技術(shù)后混合材料軸承的生產(chǎn)過(guò)程將更加復(fù)雜：因?yàn)橐筝S承材料、涂層、潤(rùn)滑材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都要相互匹配。而這一切目前還只能通過(guò)不斷的試驗(yàn)來(lái)尋求解決方案。這里，除了要對(duì)一個(gè)個(gè)獨(dú)立架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，還要對(duì)它們共同作用的綜合系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能獲得最理想的軸承系統(tǒng)。
目前，原材料供應(yīng)商和軸承生產(chǎn)廠面臨的一大挑戰(zhàn)就是：新一代風(fēng)力發(fā)電設(shè)備使用的大陶瓷滾動(dòng)體的混合材料軸承。目前的技術(shù)已經(jīng)能夠可靠生產(chǎn)出直徑達(dá)2in（1in=25.4mm）的高強(qiáng)度陶瓷滾動(dòng)體了。
圖3 可以利用模擬技術(shù)對(duì)陶瓷軸承設(shè)計(jì)進(jìn)行完善改進(jìn)
另外，市場(chǎng)上對(duì)高溫環(huán)境中使用的軸承需求量也很大。例如，在鋼鐵冶煉、航空航天、汽車制造以及能源工業(yè)等行業(yè)中都有著很大的市場(chǎng)潛力。在這些行業(yè)中，陶瓷材料的軸承已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，其抗氧化性能和耐磨性能表現(xiàn)亮眼，但摩擦較大這一問(wèn)題始終未能完全解決。而陶瓷復(fù)合材料和納米復(fù)合材料的研發(fā)正是為了徹底解決上述問(wèn)題而進(jìn)行的。
陶瓷軸承在承載狀態(tài)下的工作情況，既可以通過(guò)試驗(yàn)確定，也可以通過(guò)新的數(shù)字化模擬技術(shù)來(lái)確定（圖3）。為此，人們開發(fā)了模擬仿真工具，利用這一工具不僅能夠?qū)μ沾奢S承的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷進(jìn)行摩擦學(xué)、機(jī)械學(xué)和熱學(xué)的建模，同時(shí)也可以完成相關(guān)計(jì)算。而這一模擬工具的用途并不局限于應(yīng)用狀況的評(píng)估分析，也可以對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域中陶瓷材料和陶瓷材料的零部件進(jìn)行優(yōu)化。
陶瓷軸承的應(yīng)用
陶瓷軸承的推廣應(yīng)用還存在很多障礙，最大的障礙就是其高于傳統(tǒng)軸承幾倍的價(jià)格，這直接導(dǎo)致優(yōu)點(diǎn)尚無(wú)法預(yù)估的陶瓷軸承解決方案的高昂價(jià)格。阻礙陶瓷軸承推廣的另一大障礙就是人們特殊而無(wú)理由的保守態(tài)度，過(guò)高估計(jì)了陶瓷軸承的投資風(fēng)險(xiǎn)。如果能夠公平而客觀的估計(jì)這一技術(shù)的應(yīng)用潛力，不難發(fā)現(xiàn)：陶瓷軸承除了在技術(shù)上具有優(yōu)勢(shì)外，在全生命周期內(nèi)的綜合評(píng)估中也是非常優(yōu)勢(shì)的。
